DE102012022343B4 - Method for monitoring a layer growth and device for coating - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Überwachen eines Schichtwachstums während des Beschichtens einer Oberfläche eines Substrates (48), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
a) Durchführen von Interferenzmessungen
- wobei zwei Teilstrahlen (36, 38) elektromagnetischer Strahlung einer Strahlungsquelle (32) miteinander zur Interferenz gebracht werden, von denen einer (38) an der Oberfläche reflektiert wurde und
- elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen verwendet wird,
b) Ermitteln einer spektralen Phase Φ aus den Interferenzmessungen und
c) Berechnen von wenigstens einer Kontrollgröße, die eine Aussage über den Grad und/oder die Qualität des Schichtwachstums erlaubt, aus der spektralen Phase Φ, wobei sich das Substrat (48) bewegt.
A method of monitoring a layer growth during coating of a surface of a substrate (48), the method comprising the steps of:
a) Performing interference measurements
- Wherein two partial beams (36, 38) of electromagnetic radiation of a radiation source (32) are brought into interference with each other, of which one (38) has been reflected on the surface and
- electromagnetic radiation with a large number of different frequencies is used,
b) determining a spectral phase Φ from the interference measurements and
c) calculating from the spectral phase Φ at least one control variable that allows a statement about the degree and / or the quality of the layer growth, wherein the substrate (48) moves.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Schichtwachstums während des Beschichtens einer Oberfläche eines Substrates. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrates.The invention relates to a method for monitoring a layer growth during the coating of a surface of a substrate. The invention also relates to a device for coating a surface of a substrate.
Beschichtungen von Oberflächen von Substraten mit besonderen Schichtmaterialien werden heute in vielen unterschiedlichen Anwendungen auf unterschiedlichsten Gebieten der Technik verwendet, um die Eigenschaften, beispielsweise die optischen Eigenschaften der Oberfläche in gewünschtem Maße zu verändern. Um dies zu erreichen, müssen insbesondere die aufgebrachten Schichten sehr homogen und möglichst ohne Defekte und Fehler aufgebracht werden und zudem möglichst exakt eine vorbestimmte Dicke aufweisen.Coatings of surfaces of substrates with particular layer materials are used today in many different applications in various fields of technology in order to change the properties, for example the optical properties of the surface to the desired extent. In order to achieve this, in particular the applied layers must be applied very homogeneously and as far as possible without defects and defects, and moreover must have as precisely as possible a predetermined thickness.
Insbesondere bei der Herstellung dispersiver Spiegel, die beispielsweise bei der Arbeit mit kurzen Laserpulsen verwendet werden, werden eine große Anzahl, beispielsweise vierzig bis fünfzig, Schichtpaare aus unterschiedlichen Materialien aufeinander aufgebracht. Dispersive Spiegel werden dabei häufig für den jeweiligen Anwendungszweck entworfen, so dass sie genau die für den jeweiligen Verwendungszweck benötigten Eigenschaften aufweisen. Dazu werden die benötigten Schichtdicken der unterschiedlichen Materialien vorher berechnet und müssen während der Fertigung möglichst exakt eingehalten werden. Dabei werden, wie beispielsweise in der
Insbesondere bei der Herstellung dispersiver Spiegel, jedoch auch in vielen anderen Anwendungsgebieten von dünnen Beschichtungen auf den Oberflächen von Substraten ist es folglich wichtig, die gewünschten Schichtdicken möglichst genau einzuhalten, um die gewünschten Eigenschaften der Oberfläche zu erreichen.In particular, in the production of dispersive mirrors, but also in many other applications of thin coatings on the surfaces of substrates, it is therefore important to comply with the desired layer thicknesses as accurately as possible in order to achieve the desired properties of the surface.
Um dies zu erreichen, sind aus dem Stand der Technik eine Reihe von Verfahren bekannt.To achieve this, a number of methods are known from the prior art.
Es ist beispielsweise möglich, die während der Beschichtung auf der Oberfläche des Substrates abgelagerte und deponierte Masse mit Hilfe eines Schwingquarzes zu verfolgen. Aufgrund der insbesondere bei dispersiven Spiegeln benötigten sehr geringen Schichtdicken und der damit verbundenen sehr geringen deponierten Masse ist diese Methode in ihrer Genauigkeit begrenzt. Eine weitere Möglichkeit ist die Änderung des spektralen Transmissionsverlaufs der aufgebrachten Schicht während des Beschichtungsvorganges zu betrachten. Auch dies ist aufgrund der dünnen aufzubringenden Schichten jedoch nur in begrenztem Umfang möglich. Aus den Aufsätzen
In dem Artikel
In den Aufsätzen
Bei der Herstellung komplizierter Schichtstrukturen, deren Schichtdicken für jede der Schichten möglichst genau eingehalten werden müssen, ist es nicht ausreichend, erst nach dem Beschichten die exakten Schichtdicken zu bestimmen, da dies lediglich eine Kontrolle des Beschichtungsvorganges darstellt, jedoch zur Steuerung der Beschichtung nicht verwendet werden kann. So ist es nicht möglich, die Schichtdicken bereits aufgebrachter Schichten nachträglich zu ändern, um sie dem gewünschten Dickenverlauf anzupassen. Methoden, die an der bereits fertigen Schichtstruktur die Schichtdicken bestimmen, sind folglich für diesen Einsatzzweck gänzlich ungeeignet.In the production of complicated layer structures whose layer thicknesses must be kept as precisely as possible for each of the layers, it is not sufficient to determine the exact layer thicknesses only after the coating, since this merely represents a control of the coating process, but not used to control the coating can. So it is not possible, the layer thicknesses of already applied layers To change later to adapt to the desired thickness course. Methods which determine the layer thicknesses on the already finished layer structure are therefore completely unsuitable for this purpose.
In den letzten Jahren hat sich die so genannte optische Kohärenztomographie (OCT) als ein Verfahren etabliert, mit dem Informationen aus unterschiedlichen Tiefen eines Materials extrahiert werden können. Dies ist beispielsweise in der Medizintechnik von großem Interesse, da Informationen über Materialien und Strukturen in unterschiedlichen Tiefen, beispielsweise unter der menschlichen Haut, extrahiert werden können. Bei der optischen Kohärenztomographie wird ein Interferenzsignal aufgenommen, in dem zwei Teilstrahlen einer elektromagnetischen Strahlung in einem Interferometer zur Interferenz gebracht werden. Einer der beiden Teilstrahlen wird dabei an dem zu untersuchenden Objekt reflektiert. Dabei wird elektromagnetische Strahlung einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen, beispielsweise von einer Weißlichtquelle kommend, verwendet. In dem so ermittelten Interferogramm befindet sich die Tiefeninformation, die durch geeignete Bearbeitung extrahiert werden kann. Damit sind Einblicke auch in tiefere Schichten eines Schichtsystems oder eines organischen Systems möglich, ohne dass eine Zerstörung stattfindet. Mittels der OCT-Technologie ist es möglich, mehrere Hundert µm tief in ein Material einzudringen und Informationen über dort vorliegende Schichtstrukturen oder ähnliche dreidimensionale Strukturen zu erlangen. Eine Vorrichtung zum Durchführen einer optischen Kohärenztomographie ist beispielsweise in der
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen eines Schichtwachstums während des Beschichtens einer Oberfläche eines Substrates vorzuschlagen, das eine genaue, schnelle und zuverlässige Bestimmung der Qualität und/oder des Grades der Beschichtung erlaubt, so dass die so ermittelten Größen zur Steuerung des Beschichtungsprozesses herangezogen werden können. Zudem soll eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens vorgeschlagen werden.The present invention is therefore based on the object of proposing a method for monitoring a layer growth during the coating of a surface of a substrate, which allows an accurate, fast and reliable determination of the quality and / or the degree of coating, so that the sizes thus determined Control of the coating process can be used. In addition, an apparatus for carrying out such a method is to be proposed.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren, das die folgenden Schritte aufweist:
- a) Durchführen von Interferenzmessungen,
- - wobei zwei Teilstrahlen elektromagnetischer Strahlung einer Strahlungsquelle miteinander zur Interferenz gebracht werden, von denen einer an der Oberfläche reflektiert wurde und
- - elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen verwendet wird,
- b) Ermitteln einer spektralen Phase aus den Interferenzmessungen und
- c) Berechnen von wenigstens einer Kontrollgröße, die eine Aussage über den Grad und/oder die Qualität des Schichtwachstums aus der spektralen Phase erlaubt.
- a) performing interference measurements,
- - Wherein two partial beams of electromagnetic radiation of a radiation source are brought into interference with each other, one of which has been reflected on the surface and
- - electromagnetic radiation with a large number of different frequencies is used,
- b) determining a spectral phase from the interference measurements and
- c) calculating at least one control variable that allows a statement about the degree and / or the quality of the layer growth from the spectral phase.
Dieses Verfahren wird folglich direkt während des Beschichtungsprozesses, also während Material auf dem Substrat abgeschieden oder aufgebracht wird, durchgeführt. Es handelt sich folglich um eine in-situ-Messung, die daher gut geeignet ist, um den Fortschritt des Schichtwachstums zu überwachen und gegebenenfalls Parameter des Schichtwachstums anzupassen. Dabei hat das Verfahren den großen Vorteil, dass aus der spektralen Phase Kontrollgrößen berechnet werden können, die eine deutlich detailliertere und genauere Aussage über den Grad des Schichtwachstums erlauben, als dies beispielsweise durch die reine Amplitudenauswertung der optischen Kohärenztomographie möglich wäre.This process is therefore performed directly during the coating process, that is, while material is deposited or deposited on the substrate. It is therefore an in situ measurement which is therefore well suited to monitor the progress of layer growth and, if necessary, to adjust parameters of layer growth. The method has the great advantage that control quantities can be calculated from the spectral phase, which allow a much more detailed and accurate statement about the degree of layer growth, as would be possible, for example, by the pure amplitude evaluation of optical coherence tomography.
Unter dem Durchführen von Interferenzmessungen wird jegliche Bestimmung einer Verteilung der Leistungsdichte der elektromagnetischen Strahlung am Ausgang eines Interferometers verstanden. Die Verteilung kann dabei räumlich, zeitlich und/oder spektral aufgenommen werden. Insbesondere wird unter dem Durchführen von Interferenzmessungen das Aufnehmen eines Interferenzspektrums verstanden.By performing interference measurements is meant any determination of a distribution of the power density of the electromagnetic radiation at the output of an interferometer. The distribution can be recorded spatially, temporally and / or spectrally. In particular, the taking of interference measurements is understood as the recording of an interference spectrum.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Kontrollgröße eine Gruppenverzögerung ist, die durch einmaliges Ableiten der spektralen Phase nach der optischen Frequenz berechnet wird. Vorteilhaft ist ebenfalls, wenn die Kontrollgröße zusätzlich oder alternativ dazu eine Gruppengeschwindigkeitsdispersion ist, die durch zweimaliges Ableiten der spektralen Phase nach der optischen Frequenz berechnet wird.It has proven to be advantageous if the control variable is a group delay which is calculated by deriving the spectral phase once after the optical frequency. It is also advantageous if the control variable additionally or alternatively to a group velocity dispersion, which is calculated by deriving the spectral phase twice after the optical frequency.
Insbesondere bei der Herstellung von dispersiven Spiegeln sind diese beiden Größen, also die Gruppenverzögerung und die Gruppengeschwindigkeitsdispersion, die entscheidenden Eigenschaften des Schichtaufbaus. Der Schichtaufbau eines dispersiven Spiegels ist genau so entworfen und berechnet worden, um eine bestimmte Gruppengeschwindigkeitsdispersion oder Gruppenverzögerung zu erreichen. Dadurch, dass diese Werte in-situ aus der spektralen Phase des Interferenzspektrums errechnet werden können, können diese Werte direkt mit diesen entscheidenden Größen eines dispersiven Spiegels verglichen werden. Zudem ändern sie sich bereits auch bei nur teilweiser und unvollständiger Beschichtung, so dass auch eine teilweise Überdeckung des Substrates mit der aufgebrachten Schicht detektiert werden kann.Particularly in the production of dispersive mirrors, these two parameters, ie the group delay and the group velocity dispersion, are the decisive properties of the layer structure. The layer structure of a dispersive mirror has been designed and calculated to achieve a certain group velocity dispersion or group delay. Because these values are in situ from the Spectral phase of the interference spectrum can be calculated, these values can be compared directly with these crucial variables of a dispersive mirror. In addition, they change even with only partial and incomplete coating, so that a partial overlap of the substrate with the applied layer can be detected.
Im Verfahrensschritt a) wird beispielsweise ein Interferenzspektrum aufgenommen, wobei elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Frequenz verwendet wird. Es handelt sich eigentlich um das Aufnehmen vieler Teilinterferenzspektren, bei denen jeweils elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Frequenz verwendet wird. Durch die Kombination dieser Teilinterferenzspektren mit elektromagnetischer Strahlung unterschiedlicher Frequenz lässt sich das vollständige Interferenzspektrum ermitteln, aus dem anschließend die spektrale Phase bestimmbar ist.In method step a), for example, an interference spectrum is recorded, wherein electromagnetic radiation of different frequency is used. It is actually the recording of many partial interference spectra, each of which uses electromagnetic radiation of a certain frequency. By combining these partial interference spectra with electromagnetic radiation of different frequencies, it is possible to determine the complete interference spectrum from which the spectral phase can subsequently be determined.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Strahlungsquelle eine Breitbandstrahlungsquelle ist, die elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen gleichzeitig aussendet. Dies kann beispielsweise eine Superlumineszenz-Diode, ein modengekoppelter Laser, eine Halogenlampe oder eine glasfaserbasierte Weißlichtquelle sein. Die von einer derartigen Breitbandstrahlungsquelle ausgesandte elektromagnetische Strahlung weist folglich nicht eine einzelne, sondern eine Vielzahl unterschiedlicher Frequenzen auf. Daher ist es möglich, eine Vielzahl der Teilinterferenzspektren gleichzeitig aufzunehmen. Daher ist der apparative Aufbau für eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens besonders einfach und lässt sich auch mit kommerziell verfügbaren Beschichtungskammern leicht realisieren.It has proven to be advantageous if the radiation source is a broadband radiation source which emits electromagnetic radiation with a multiplicity of different frequencies simultaneously. This may be, for example, a superluminescent diode, a mode-locked laser, a halogen lamp or a glass fiber-based white light source. Consequently, the electromagnetic radiation emitted by such a broadband radiation source does not have a single but a multiplicity of different frequencies. Therefore, it is possible to simultaneously record a plurality of the partial interference spectra. Therefore, the apparatus design for a device for carrying out such a method is particularly simple and can be easily implemented even with commercially available coating chambers.
Alternativ dazu kann auch eine durchstimmbare Strahlungsquelle verwendet werden, die nur elektromagnetische Strahlung einer schmalen Bandbreite aussendet. Diese ist jedoch über einen gewissen Frequenzbereich durchstimmbar, so dass die unterschiedlichen Teilinterferenzspektren nacheinander aufgenommen werden können. Der apparative Aufwand für diese Lösung ist jedoch größer, da zum einen eine durchstimmbare Strahlungsquelle und zum anderen ein schneller Fotodetektor verwendet werden muss, der die unterschiedlichen Teilinterferenzspektren, detektiert und zur Weiterverarbeitung weiterleitet. Der Vorteil einer derartigen Ausgestaltung liegt jedoch in der größeren Geschwindigkeit und dem besseren Signal-Rausch-Verhältnis.Alternatively, a tunable radiation source that emits only narrow band electromagnetic radiation may be used. However, this can be tuned over a certain frequency range, so that the different partial interference spectra can be recorded one after the other. However, the expenditure on equipment for this solution is greater, since on the one hand a tunable radiation source and on the other hand a fast photodetector must be used, which detects the different partial interference spectra, and forwards them for further processing. However, the advantage of such a design lies in the greater speed and the better signal-to-noise ratio.
Zudem entfällt bei dieser Ausgestaltung die Notwendigkeit, ein Spektrometer zu verwenden, so dass der apparative Aufwand weiter reduziert wird.In addition, in this embodiment eliminates the need to use a spectrometer, so that the equipment cost is further reduced.
Das Ermitteln der spektralen Phase weist vorteilhafterweise folgende Schritte auf:
- b1) Fourier-Transformieren eines aus den Intereferenzmessungen erhaltenen Interferenzspektrums von einem Frequenz-Raum in einen Zeit-Raum, um ein transformiertes Interferenzspektrum zu erhalten,
- b2) Filtern des transformierten Interferenzspektrums durch Multiplizieren mit einer Filterfunktion,
- b3) Rücktransformieren des Interferenzspektrums aus dem Zeit-Raum in den Frequenz-Raum,
- b4) Bestimmen der spektralen Phase.
- b1) Fourier transforming an interference spectrum obtained from the interference measurements from a frequency space to a time space to obtain a transformed interference spectrum;
- b2) filtering the transformed interference spectrum by multiplying by a filter function,
- b3) retransforming the interference spectrum from the time space to the frequency space,
- b4) Determining the spectral phase.
Nach dem Rücktransformieren des Interferenzspektrums in den Frequenz-Raum durch eine zweite Fourier-Transformation sind die spektralen Feldamplituden, die auf diese Weise ermittelt werden, komplexwertig. Daraus lässt sich einfach die spektrale Phase bestimmen, aus der alle weiteren Größen berechnet werden können. Durch das Multiplizieren mit einer Filterfunktion ist es möglich, insbesondere die höheren Ordnung der Interferenz und die höheren Harmonischen herauszufiltern und so das Spektrum zu bereinigen.After the back-transformation of the interference spectrum into the frequency space by a second Fourier transformation, the spectral field amplitudes, which are determined in this way, are complex-valued. From this it is easy to determine the spectral phase, from which all other quantities can be calculated. By multiplying by a filter function, it is possible to filter out especially the higher order of the interference and the higher harmonics and thus to clean up the spectrum.
Nach dem Multiplizieren kann das gefilterte transformierte Interferenzspektrum auf einen Zeitnullpunkt verschoben werden. Dazu wird beispielsweise eine neue Zeitskala eingeführt, die um ein bestimmtes Zeitintervall gegenüber der eigentlichen Zeitskala verschoben ist. Auf diese Weise wird das Ergebnis der später durchzuführenden Rücktransformation aus dem Zeitraum in den Frequenzraum beeinflusst.After multiplication, the filtered transformed interference spectrum can be shifted to a time zero. For this purpose, for example, a new time scale is introduced, which is shifted by a specific time interval compared to the actual time scale. In this way, the result of the later transformation to be carried out from the period is influenced in the frequency domain.
Vorteilhafterweise wird die Filterfunktion an die aufzubringende Beschichtung und/oder das Substrat angepasst. So kann es für unterschiedliche Substrate und/oder unterschiedliche Beschichtungen vorteilhaft sein, unterschiedliche Formen von Filterfunktionen zu verwenden. Neben dem einfachen Rechteckfilter, bei dem einfach ein Teil aus dem transformierten Interferenzspektrum herausgefiltert wird, sind auch komplizierter geformte Filterfunktionen, beispielsweise Supergauss-Funktionen, vorstellbar, bei denen unterschiedliche Anteile des transformierten Interferenzspektrums unterschiedlich gewichtet verwendet werden. Die optimale Form der verwendeten Filterfunktion hängt dabei stark von der Art und der Schichtdicke des aufzubringenden Schichtmaterials sowie dem darunter liegenden Substrat ab.Advantageously, the filter function is adapted to the applied coating and / or the substrate. Thus, it may be advantageous for different substrates and / or different coatings to use different forms of filter functions. In addition to the simple rectangular filter in which simply a part of the transformed interference spectrum is filtered out, more complex shaped filter functions, such as supergauss functions, are conceivable in which different portions of the transformed interference spectrum are used differently weighted. The optimum shape of the filter function used depends strongly on the type and the layer thickness of the applied layer material and the underlying substrate.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren durchgeführt, während sich das Substrat bewegt. Das Substrat befindet sich beim Beschichtungsprozess in der Beschichtungskammer, in der es an einem Substrathalter befestigt ist und sich vorteilhafterweise dreht, um eine besonders gleichmäßige Beschichtung zu gewährleisten. Um hier tatsächlich eine in-situ-Messung durchführen zu können und das eigentliche Beschichtungsverfahren nicht durch Messpausen unterbrechen zu müssen, kann das Verfahren durchgeführt werden, während das Substrat weiterhin in der Beschichtungskammer bewegt wird. Um das Interferenzspektrum aufnehmen zu können, muss lediglich ein kurzer Puls der elektromagnetischen Strahlung in zwei Teilstrahlen zerlegt werden, von denen einer an der zu vermessenden Oberfläche reflektiert wird. Die Pulsdauer ist dabei so gering, dass die Bewegung des Substrats und der Beschichtung in dieser kurzen Zeit, die die Oberfläche von der elektromagnetischen Strahlung beleuchtet wird, nicht wahrgenommen wird. Die Messzeiten befinden sich im Sub-Millisekundenbereich, so dass die Bewegung des Substrates, die in einer Ebene senkrecht zur Einstrahlebene des elektromagnetischen Teilstrahls liegt, keine Rolle spielt. Zusätzlich kann die Messung mit der Bewegung des Substrates, die vorzugsweise eine Drehung ist, synchronisiert durchgeführt werden.According to the invention, the method is carried out while the substrate is moving. The substrate is in the coating process in the coating chamber, in which it is on a Substrate holder is attached and rotates advantageously to ensure a particularly uniform coating. In order to actually be able to perform an in-situ measurement here and not have to interrupt the actual coating process by measuring breaks, the process can be carried out while the substrate is still moved in the coating chamber. In order to record the interference spectrum, only a short pulse of the electromagnetic radiation has to be split into two partial beams, one of which is reflected at the surface to be measured. The pulse duration is so low that the movement of the substrate and the coating in this short time that the surface is illuminated by the electromagnetic radiation is not perceived. The measurement times are in the sub-millisecond range, so that the movement of the substrate, which lies in a plane perpendicular to Einstrahlebene the electromagnetic beam part, does not matter. In addition, the measurement can be performed synchronized with the movement of the substrate, which is preferably a rotation.
Auch eine gegebenenfalls vorliegende Taumelbewegung, die von dem Substrat aufgrund beispielsweise einer nicht perfekten Befestigung am Substrathalter durchgeführt wird, führt lediglich dazu, dass nicht die gesamte elektromagnetische Strahlung, die auf die zu vermessende Oberfläche trifft, zurückreflektiert und vom Detektor aufgefangen werden kann. Ein Teil der elektromagnetischen Strahlung geht verloren, wodurch die Amplitude des Spektrums reduziert wird. Da bei dem vorliegenden Verfahren, anders als bei der optischen Kohärenztomographie, die Amplitude des Spektrums jedoch lediglich von untergeordneter Bedeutung ist, ist dieser Verlust elektromagnetischer Strahlung nicht gravierend.Also, an optionally present wobbling movement, which is carried out by the substrate due to, for example, imperfect attachment to the substrate holder, merely results in that not all of the electromagnetic radiation incident on the surface to be measured can be reflected back and collected by the detector. Part of the electromagnetic radiation is lost, which reduces the amplitude of the spectrum. However, since in the present method, unlike optical coherence tomography, the amplitude of the spectrum is only of secondary importance, this loss of electromagnetic radiation is not serious.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschichten einer Oberfläche eines Substrates umfasst eine Beschichtungskammer, ein Interferometer, eingerichtet um zwei Teilstrahlen elektromagnetischer Strahlung miteinander zur Interferenz zu bringen, von denen einer an der Oberfläche reflektiert wurde, eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung mit verschiedenen Frequenzen, Mittel zum Bewegen des Substrates und eine elektrische Steuerung, die eingerichtet ist zum Durchführen eines hier beschriebenen Verfahrens. Vorteilhafterweise ist die elektrische Steuerung zudem eingerichtet, Betriebsparameter in Abhängigkeit der berechneten Kontrollgröße zu steuern. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die berechnete Kontrollgröße die Gruppenverzögerung und/oder die Gruppengeschwindigkeitsdispersion ist. Wie bereits dargelegt, wird ein dispersiver Spiegel für eine einzelne Anwendung so entworfen, dass er eine gewünschte Gruppengeschwindigkeitsdispersion aufweist. Dadurch, dass diese Größe durch das hier beschriebene Verfahren mit der hier beschriebenen Vorrichtung schnell, einfach und zuverlässig direkt aus dem aufgenommenen Interferenzspektrum bestimmt werden kann, lässt sich eine besonders direkte Steuerung des Beschichtungsprozesses erreichen. Es können folglich die aus den spektralen Phasen berechneten Kontrollgrößen direkt mit den theoretisch berechneten Sollwerten verglichen und so das Beschichtungsverfahren einfach gesteuert werden. Ein möglicher Betriebsparameter, der auf diese Weise gesteuert werden kann, ist beispielsweise eine Beschichtungsrate, mit der die Oberfläche des Substrates beschichtet wird.A device according to the invention for coating a surface of a substrate comprises a coating chamber, an interferometer, arranged to cause two partial beams of electromagnetic radiation to interfere with each other, one of which has been reflected at the surface, a radiation source for electromagnetic radiation with different frequencies, means for moving the Substrates and an electrical controller configured to perform a method described herein. Advantageously, the electrical control is also set up to control operating parameters as a function of the calculated control variable. This is particularly advantageous if the calculated control variable is the group delay and / or the group velocity dispersion. As already stated, a dispersive mirror for a single application is designed to have a desired group velocity dispersion. The fact that this size can be determined by the method described here with the device described here quickly, easily and reliably directly from the recorded interference spectrum, a particularly direct control of the coating process can be achieved. Consequently, the control variables calculated from the spectral phases can be compared directly with the theoretically calculated desired values and thus the coating method can be easily controlled. One possible operating parameter which can be controlled in this way is, for example, a coating rate with which the surface of the substrate is coated.
Mit Hilfe einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt
-
1 - eine exemplarische Darstellung eines Interferenzspektrums, -
2 - eine beispielhafte Darstellung eines transformierten Interferenzspektrums mit anzuwendender Filterfunktion, -
3 - die exemplarische Darstellung spektraler Phasen, -
4 - aus den spektralen Phasen aus3 errechnete Gruppenverzögerungen -
5 - ausden Gruppenverzögerungen aus 4 errechnete Gruppengeschwindigkeitsdispersionen, -
6 - den schematischen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und -
7 - den schematischen Aufbau einer Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
1 an exemplary representation of an interference spectrum, -
2 an exemplary representation of a transformed interference spectrum with filter function to be used, -
3 the exemplary representation of spectral phases, -
4 - from the spectral phases3 calculated group delays -
5 - from the group delays4 calculated group velocity dispersions, -
6 - The schematic structure of a device according to a first embodiment of the present invention and -
7 - The schematic structure of a device according to a second embodiment of the present invention.
Nachdem das Interferenzspektrum
Nachdem das transformierte Interferenzspektrum
Dies wird noch deutlicher in
Der große Vorteil eines derartigen Verfahrens liegt darin, dass einerseits eine sehr genaue und schnelle Möglichkeit geschaffen wurde, den Beschichtungsprozess zu steuern, da das Verfahren während des Ablagerns von Material auf der Substratoberfläche durchgeführt werden kann. Es lässt sich also während der Beschichtung erkennen, wie weit das Schichtwachstum bereits vorangeschritten ist oder ob bestimmte Parameter der Beschichtungskammer verändert werden müssen. Zum anderen werden insbesondere die komplizierten Schichtaufbauten dispersiver Spiegel so berechnet und designed, dass sie einen bestimmten Phasenverlauf, eine vorberechnete Gruppenverzögerung oder Gruppengeschwindigkeitsdispersion aufweisen. Dadurch, dass diese Größen aus dem aufgenommenen Interferenzspektrum einfach und schnell berechnet werden können, liegt eine direkte Kontroll- und Steuerungsmöglichkeit für den Beschichtungsprozess vor.The great advantage of such a method is that, on the one hand, a very accurate and rapid possibility has been created to control the coating process, since the method can be carried out during the deposition of material on the substrate surface. It can thus be seen during the coating, how far the layer growth has already progressed or whether certain parameters of the coating chamber must be changed. On the other hand, in particular, the complicated layer structures of dispersive mirrors are calculated and designed in such a way that they have a specific phase progression, a precalculated group delay or group velocity dispersion. Due to the fact that these quantities can be calculated easily and quickly from the recorded interference spectrum, there is a direct possibility of controlling and controlling the coating process.
Anschließend trifft der zweite Teilstrahl
Der zweite Teilstrahl
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- II
- Intensitätintensity
- λλ
- Wellenlängewavelength
- tt
- ZeitTime
- ΦΦ
- Spektrale PhaseSpectral phase
- GDDG
- Gruppenverzögerunggroup delay
- GDDGDD
- GruppengeschwindigkeitsdispersionGroup velocity dispersion
- 22
- Interferenzspektruminterference spectrum
- 44
- Fourier-transformiertes InterferenzspektrumFourier-transformed interference spectrum
- 66
- Strukturstructure
- 88th
- Filterfunktionfilter function
- 1010
- Gestrichelte LinieDashed line
- 1212
- Erster PhasenverlaufFirst phase progression
- 1414
- SollphasenverlaufShould phase response
- 1616
- Zweiter PhasenverlaufSecond phase course
- 1818
- Erste GruppenverzögerungFirst group delay
- 2020
- SollgruppenverzögerungTarget group delay
- 2222
- Zweite GruppenverzögerungSecond group delay
- 2424
- Erste GruppengeschwindigkeitsdispersionFirst group velocity dispersion
- 2626
- SollgruppengeschwindigkeitsdispersionTarget group velocity dispersion
- 2828
- Zweite Gruppengeschwindig-KeitsdispersionSecond group velocity-Keitsdispersion
- 3030
- Vorrichtungcontraption
- 3232
- Lichtquellelight source
- 3434
- Strahlteilerbeamsplitter
- 3636
- Erster TeilstrahlFirst partial beam
- 3838
- Zweiter TeilstrahlSecond partial beam
- 4040
- BrechwertkorrektorRefractive index corrector
- 4242
- Referenzspiegelreference mirror
- 4444
- VakuumbeschichtungskammerVacuum coating chamber
- 4646
- Vakuumfenstervacuum window
- 4848
- Substratsubstratum
- 5050
- Substrathaltersubstrate holder
- 5252
- Pfeilarrow
- 5454
- Spektrometerspectrometer
- 5656
- Elektrische SteuerungElectric control
- 5858
- Rotationsencoderrotary encoder
- 6060
- Abbildungsoptikimaging optics
- 6262
- Lichtleitfaseroptical fiber
- 6464
- Faserkopplerfiber coupler
- 6666
- PolarisationsstellgliedPolarization control element
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